第一篇：塑性成型理論及其應(yīng)用綜述

塑性成型理論及其應(yīng)用綜述 非金屬與復(fù)合材料及成型工藝概述

前言

從目前來看，越來越多的材料都與我們的生活息息相關(guān)，特別是金屬材料。已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，然而非金屬與復(fù)合材料的出現(xiàn),使人們對材料有了更多的認(rèn)識，非金屬與復(fù)合材料具有許多優(yōu)良的獨(dú)特性能，已發(fā)展成為重要的工程材料，在武器裝備制造中發(fā)揮著越來越重要的作用。本片主要介紹高分子材料、陶瓷材料、與復(fù)合材料及相應(yīng)的成型工藝。同時(shí)還介紹了這些材料在國防武器裝備中的應(yīng)用。

由于本人對非金屬與復(fù)合材料的應(yīng)用及其成型工藝的掌握不是很全面,相關(guān)知識領(lǐng)域和水平有限，對書中的疏漏和不當(dāng),敬請老師批評指正。正文

1．1 高分子材料及成型工藝

1．1．1 高分子材料及應(yīng)用

高分子材料是以高分子化合物(聚合物)為主要組分的材料.高分子化合物可分為天然高分子化合物和合成高分子化合物兩類。按照用途可將高分子材料分為塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等。

1． 塑料

塑料是以天然或合成的高分子化合物(樹脂)為主要成分的材料。它具有良好的可塑性，在室溫下能保持形狀不變。塑料按高分子化學(xué)和加工條件下的流變性能，可分為熱塑性和熱固性塑料。（1）熱塑性塑料

熱塑性材料是指在特定溫度范圍內(nèi)具有可反復(fù)加熱軟化，冷卻硬化特性的塑料品種。聚乙烯（PE）聚乙烯有單體乙烯聚合而成，一般可分為低密度聚乙烯（LDPE）○和高密度聚乙烯（HDPE）兩種。LDPE因其相對分子質(zhì)量，密度及結(jié)晶度較低，質(zhì)地柔軟，且耐沖擊，常用于制造塑料薄膜、軟管等。HDPE因其相對分子質(zhì)量，密度及結(jié)晶度較高、比較剛硬、耐磨、耐腐蝕、絕緣性也較好，所以可作結(jié)構(gòu)材料，如耐腐蝕管等。聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯是以氯乙烯為單體制得的高聚物。由于PVC大分子鏈○中存在極性基因氯原子，故增大了分子間作用力，同時(shí)PVC大分子鏈的密度較高，故其強(qiáng)度，剛度及硬度均高于PE。PVC加入少量添加劑時(shí)刻制得軟，硬兩種PVC。硬質(zhì)PVC塑料具有較高的強(qiáng)度，良好的耐腐蝕性、耐油性和耐水性，常被用于化工，紡織工業(yè)和建筑業(yè)中。軟質(zhì)的由于堅(jiān)韌柔軟、耐撓去曲、彈性和電絕緣性好，吸水率低，難燃及耐候性好等，廣泛用于制造農(nóng)用塑料薄膜，包裝材料，防雨材料及電線電纜的絕緣層等，工業(yè)用途十分廣泛。

其他主要的熱塑性材料還有，聚丙烯（PP），ABS塑料，聚酰胺（PA，俗稱尼龍或錦綸），聚甲醛(POM)，聚四氟乙烯（PTFE或F-4，俗稱塑料王），聚甲基丙烯酸甲酯等等。

（2）熱固性塑料

熱固性塑料是指在特定的溫度下加熱或加入固化劑可發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)變成不溶不熔塑 制品的塑料品種。

○1 酚醛塑料(PF)酚醛塑料是以酚醛樹脂為主，加入添加劑而制成的。PF具有一定 1 的強(qiáng)度和硬度，絕緣性良好，兼有耐熱，耐磨及耐腐蝕的優(yōu)良性能，但不耐堿，性脆。PF被廣泛應(yīng)用于機(jī)械，汽車，航空和電器等工業(yè)部門，用來制造電器絕緣件，在較高溫度下工作的零件以及耐磨，耐腐蝕材料，并能代替部分有色金屬制作的零件。

○2 環(huán)氧塑料（EP）環(huán)氧塑料是由環(huán)氧樹脂加入固化劑填料或其他添加劑后制成的熱固性塑料。環(huán)氧樹脂是很好的膠粘劑，有萬能膠之稱。在室溫下容易調(diào)和固化，對金屬和非金屬都有很強(qiáng)的膠粘能力。EP通過處理后可用作化工管道和容器以及汽車，船舶和飛機(jī)等的零部件。

2．橡膠

橡膠是一種在使用溫度范圍內(nèi)處于高彈性態(tài)的高聚物材料。由于它具有良好的伸縮性、儲能能力以及耐磨、隔音和絕緣等性能，因而廣泛用于彈性材料、密封材料減磨材料、防震材料和傳動材料，使之在促進(jìn)工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通和國防的發(fā)展及提高人民生活水平等方面，起到其他材料所不能替代的作用。

橡膠的種類有兩種。一是天然橡膠，二是合成橡膠。

3．纖維

纖維材料是指在室溫下分子的軸向強(qiáng)度很大，受力后變形較小，在一定溫度范圍內(nèi)力學(xué)性能變化不打得高聚物材料。

纖維材料分為天然纖維和化學(xué)纖維兩大類。

1．1．2

1．塑料的成型加工

塑料成型加工時(shí)將各種形態(tài)的成型用物料加工為具有固定形狀制品的各種工藝技術(shù)。熱塑性和熱固性塑料的加工性質(zhì)不同，采用的加工技術(shù)也不同。熱塑性塑料的成型方法主要有擠出成型、注射成型、壓延成型和吹塑成型等；熱固性塑料的成型方法主要模壓成型、傳遞成型和層壓成型等。其中傳遞成型、層壓成型和注射成型等既可以用于熱塑性塑料，又可以用于熱固性塑料。連接方法主要有焊接，粘接和機(jī)械連接等。下面我們主要介紹的是擠出成型和注射成型。

(1)擠出成型

擠出成型是將粉狀或粒狀的塑料由熱傳導(dǎo)和剪切摩擦熱使其熔融而呈流動狀態(tài)，并在壓力下擠出成型。此法主要用于熱塑性塑料的成型，也用于某些熱固性塑料。擠出制品都是連續(xù)的型材，如管、棒、絲、板、薄膜和電線電纜包覆層。

（2）注射成型

注射成型亦稱注塑成型。它是將粉狀或粒狀塑料原料加熱至溶化狀態(tài)，經(jīng)噴嘴注入模具中，冷卻后打開模具既可得到所需的塑料制品。注射成型法成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜，尺寸精確及帶有金屬或非金屬嵌件的模塑品。因此，該法適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。1．2 陶瓷材料及成型工藝

現(xiàn)代陶瓷材料主要是一些金屬或非金屬的氧化物、氮化物、碳化物及硼化物大亨。陶瓷材料的性能取決于晶體結(jié)構(gòu)、晶界性質(zhì)和顯微結(jié)構(gòu)。陶瓷材料作為結(jié)構(gòu)和功能材料在武器裝備制造中正在得到應(yīng)用。在一些民用的產(chǎn)品中也能看到很多的陶瓷材料。

1．2．1 陶瓷材料及其應(yīng)用

1．陶瓷材料的性能

（1）力學(xué)性能

○1 彈性模量

陶瓷有很高的彈性模量，多數(shù)陶瓷的彈性模量高于金屬，比高聚物高2~4個(gè)數(shù)量級。

○2 硬度

陶瓷的硬度很高，絕大多數(shù)陶瓷的硬度遠(yuǎn)高于金屬和高聚物。

○3 強(qiáng)度

陶瓷一般具有優(yōu)于金屬的高溫強(qiáng)度，高溫抗蠕變能力強(qiáng)，且有很高的抗氧化性，適宜作高溫材料。

○4 塑性和韌性

陶瓷在室溫幾乎沒有塑性。但在高溫慢速加載的條件下，特別是組織中存在玻璃相識，陶瓷業(yè)能表現(xiàn)出一定的塑性。

(2)物理性能

○1 熱膨脹，導(dǎo)熱性和抗震性

多數(shù)陶瓷的熱膨脹系數(shù)較?。惶沾啥酁檩^好的絕熱材料；多數(shù)陶瓷材料的抗震性差。

○2 導(dǎo)電性

多數(shù)陶瓷具有良好的絕緣性能，但有些陶瓷具有一定的導(dǎo)電性。

○3 光學(xué)性能

陶瓷材料由于有晶界，氣孔的存在，一般不透明。但是近些年來，由于燒結(jié)機(jī)制的研究和控制晶粒直徑技術(shù)的進(jìn)展，可將某些原是不透明的氧化物陶瓷燒結(jié)成能透光的透明陶瓷。

○4 化學(xué)性能

陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，很難同介質(zhì)中的氧發(fā)生作用。

2．常用的陶瓷材料

常用的陶瓷材料有，氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷和碳化硼陶瓷等。

1．2．2 陶瓷材料的成型

陶瓷制品的生產(chǎn)過錯(cuò)主要包括配料、成型和燒結(jié)三個(gè)階段。燒結(jié)是通過加熱使粉體產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉體產(chǎn)生高強(qiáng)度并導(dǎo)致致密華和再結(jié)晶的過程。陶瓷的顯微組織及相應(yīng)的性能都是經(jīng)燒結(jié)后產(chǎn)生的。燒結(jié)過程直接影響晶粒尺寸與分布，氣孔尺寸與分布等顯微組織結(jié)構(gòu)。

陶瓷材料的成型方法主要有干壓成型、注漿成型、熱壓成型、注射成型等。下面主要介紹的干壓成型和注漿成型。1． 干壓成型

干壓成型是將粉料裝入鋼模內(nèi)，通過模沖對粉末施加壓力，壓制成具有一定形狀和尺寸的壓坯的成型方法。御模后將坯體從陰模中脫出由于壓制過程中粉末顆粒之間及粉末與模沖，模壁之間存在摩擦，使壓力損失而造成壓坯密度分別不均勻，故常采用雙向壓制并在粉料中加入少量有機(jī)潤滑劑，有時(shí)加入少量粘結(jié)劑以增強(qiáng)粉料的粘結(jié)力。該方法一般適用于形狀簡單，尺寸較小的制品。2．注漿成型

這種成型方法是將陶瓷顆粒懸浮于液體中，然后注入多孔質(zhì)模具，由模具的氣孔把料漿中的液體吸出，而在模具內(nèi)留下坯體。注漿成型的工藝過程包括料漿制備，模具制備和料漿澆注三個(gè)階段。料漿制備是關(guān)鍵工序。其要求是：具有良好的流動性，足夠小的粘度，良好的懸浮性和足夠的穩(wěn)定性等。最常用的模具為石膏模，近年來也有多孔塑料模的。料漿澆注入模并吸干其中液體后，拆開模具取出坯體，去除多余料，再室溫下自然干燥或在可調(diào)濕度裝置中干燥。該成型方法可制造形狀復(fù)雜，大型薄壁的制品。1．3 復(fù)合材料及成型工藝 先進(jìn)復(fù)合材料對于發(fā)展高技術(shù)和高性能武器裝備具有重要作用。采用先進(jìn)復(fù)合材料不僅能夠大大改進(jìn)武器系統(tǒng)的性能，保障和提高武器系統(tǒng)的生存能力，而且還可以降低武器系統(tǒng)的成本。目前，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用航天、航空、兵器、電子、艦船和核工業(yè)等各種領(lǐng)域的重要武器系統(tǒng)中。1．3．1 復(fù)合材料及應(yīng)用 1．復(fù)合材料性能

（1）比強(qiáng)度、比模量高

復(fù)合材料的比強(qiáng)度與比模量比其他材料高得多。這表明復(fù)合材料具有較高的承載能力。它不僅具有高強(qiáng)度，而且還有質(zhì)量輕的特點(diǎn)。（2）抗疲勞性能好

復(fù)合材料有高疲勞強(qiáng)度。（3）破損安全性好

（4）減震性能好（5）耐熱性能好

（6）成型工藝簡單

復(fù)合材料可用一般模具采用一次成型制成各種構(gòu)件，工藝簡單，材料利用率高。2．復(fù)合材料類型

（1）聚合物基復(fù)合材料

聚合物基復(fù)合材料是目前應(yīng)用最廣泛、消耗能量最大的一類復(fù)合材料。該類材料主要以纖維增強(qiáng)的樹脂為主。1）玻璃纖維-樹脂復(fù)合材料

通常被稱為玻璃鋼。玻璃鋼具有瞬時(shí)耐高溫性能。它被用做人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈和火箭的外殼。玻璃鋼不反射無線電波，微波穿透性好，是制造雷達(dá)罩、聲吶罩的理想材料。

2）碳纖維-樹脂復(fù)合材料

也被稱碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。常用的這類復(fù)合材料由碳纖維與聚酯、酚醛、環(huán)氧和聚四氟乙烯等樹脂組成。其性能優(yōu)于玻璃鋼，密度小，強(qiáng)度高，彈性模量高，比強(qiáng)度和比模量高，并且具有優(yōu)良的抗疲勞、耐沖擊性能，良好的自潤滑性、減震性、耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性。其缺點(diǎn)是碳纖維與基體結(jié)合力低，各向異性嚴(yán)重。

3）碳化硅纖維-樹脂復(fù)合材料 4）芳綸纖維-樹脂復(fù)合材料

（2）金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料的基體大多采用鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金和鎳及鎳合金等。金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料要求高強(qiáng)度和彈性模量、高抗磨性與高化學(xué)穩(wěn)定性。金屬基復(fù)合材料有以下幾種： 1）纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 2）顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（3）無機(jī)非金屬基復(fù)合材料 1）陶瓷基復(fù)合材料

2）碳/碳復(fù)合材料

是由碳纖維增強(qiáng)體與碳基體組成的復(fù)合材料。具有卓越的高溫性能、良好的耐燒蝕特性和較好的抗熱沖擊性能，同時(shí)還具有熱膨脹系數(shù)低、抗化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)。它是目前可使溫度最高的復(fù)合材料（最高溫度可達(dá)2000以上），被用于航天飛機(jī)的鼻錐帽和機(jī)翼前緣以抵御起飛載荷和再入大氣層的高溫作用。1．3．2 復(fù)合材料的成型工藝

復(fù)合材料成型工藝的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)主要取決于復(fù)合材料的基體。一般情況下其基體材料的成型工藝方法也常常適用于以該類材料為基體的復(fù)合材料，特別是以顆粒、晶須和短纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。1．樹脂基復(fù)合材料成型（1）噴射成型

噴射成型是將經(jīng)過特殊處理而霧化的樹脂與短纖維混合并通過噴射機(jī)的噴槍噴射到模具上，至一定厚度時(shí)，用壓輥排泡壓實(shí)，再繼續(xù)噴射，直至完成坯件制件，然后固化成型。這種方法主要用于不須加壓、室溫固化的不飽和聚酯樹脂。

（2）層壓成型

層壓成型是制取復(fù)合材料的一種高壓成型工藝。此工藝多用紙、棉布和玻璃布作為增強(qiáng)填料，以熱固性酚醛樹脂、芳烴甲醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂及有機(jī)硅樹脂為粘結(jié)劑。

一些主要的樹脂基復(fù)合材料成型工藝還有收糊成型、熱壓罐成型、對模模壓成型和纏繞成型等。金屬基復(fù)合材料的成型

由于金屬基復(fù)合材料是以金屬為基體，以纖維、晶須和顆粒等為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，其成型過程常常也是復(fù)合過程。復(fù)合工藝主要有固態(tài)法（如擴(kuò)散結(jié)合、粉末冶金）和液相法（如壓鑄、精鑄、真空吸鑄和共噴射等）。3 陶瓷基復(fù)合材料成型

陶瓷基復(fù)合材料的成型方法分為兩類：一類是針對短纖維、晶須、晶片和顆粒等增強(qiáng)體，基體采用傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝，即熱壓燒結(jié)合化學(xué)氣相滲透法；另一類是針對連續(xù)纖維增強(qiáng)體，由料漿噴出后熱壓燒結(jié)法和化學(xué)氣相滲透法。小結(jié)

本文是以非金屬與復(fù)合材料與成型技術(shù)及其相互關(guān)系為核心。分別介紹了一些常用的高分子材料、陶瓷材料與復(fù)合材料以及它們在國防上的應(yīng)用，并著重介紹了高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的成型工藝。由于查閱的資料有限，所以文中介紹的并不是很詳細(xì)，只是大致的囊括了非金屬與復(fù)合材料成型技術(shù)的部分內(nèi)容。參考文獻(xiàn) 張彥華.工程材料與塑性成型技術(shù)。第1版。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005 2 呂廣庶，張遠(yuǎn)明。工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)。北京：高等教育出版社，2001 3 沈其文。材料成型工藝基礎(chǔ)。武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999 5

第二篇：材料成型論文-塑性成形新技術(shù)概況

塑性成形新技術(shù)概況

摘要：文章介紹了當(dāng)前塑性成形加工中的微成形、超塑成型、柔性加工、半固態(tài)加工等各種新技術(shù)，并分別闡述了各新技術(shù)的相關(guān)概念、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢等。這些相關(guān)介紹及發(fā)展概況對理解塑性成形技術(shù)及推廣和運(yùn)用高新技術(shù)，推動塑性成形的進(jìn)一步發(fā)展具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：塑性成形；新技術(shù)；發(fā)展概況

The Overview About Plastic forming technology Abstract：The paper introduces all kinds of new technology such as Micro Molding ,Sup-erplastic Forming Technology ,Flexible Machining, Semi-Solid Processing in the plastic for-ming process nowadays and expounds the new technology’s related concepts ,characteristics , development tendency and so on.The related introduction and development situation has certain reference significance for understanding the plastic forming technology and promo-ting and using the advanced technology, promoting the further development of Plastic For-ming.Keywords: Plastic forming;The new technology;Development situation引言

塑性成形就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工制件的少切削或無切削的工藝方法。塑性成形技術(shù)可分為板材成形和體積成形兩大類。板材成形是使用成型設(shè)備通過模具對金屬板料在室溫下加壓以獲得所需形狀和尺寸零件的成形方法，習(xí)慣上也稱為沖壓或冷沖壓。板料成形可分為分離工序和成形工序。分離工序俗稱沖裁，包括落料、沖孔、修邊等。成形工序包括彎曲、拉伸、脹形、翻邊等。體積成形是指對金屬塊料、棒料或厚板在高溫或室溫下進(jìn)行成形加工的方法，主要包括鍛造、軋制、擠壓或拉拔等。

塑性成形技術(shù)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到21世紀(jì)，機(jī)械制造工業(yè)零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式實(shí)現(xiàn)。工業(yè)部門的廣泛需求為塑性成形新技術(shù)的發(fā)展提供了原動力

[1]和空前的機(jī)遇。塑性成形新技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，通過與計(jì)算機(jī)的緊密結(jié)合，數(shù)控加工、激光成型、人工智能、材料科學(xué)和集成制造等一系列與塑性成形相關(guān)聯(lián)的技術(shù)發(fā)展速度之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣泛是過去任何時(shí)代無法比擬的，塑性成形新工藝和新設(shè)備不斷地涌現(xiàn)，出現(xiàn)了高速高能成形、少無切削、超塑成型、柔性加工、半固態(tài)加工等多種塑性加工新技術(shù)。掌握塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，有助于及時(shí)研究、推廣和應(yīng)用高新技術(shù)，推動塑性成形技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

2.1 高速高能成形

高速高能成形是一種在極短時(shí)間內(nèi)釋放高能量而使金屬變形的成形方法。

高速高能成形的歷史可追溯到一百多年前。但由于成本太高及當(dāng)時(shí)工業(yè)發(fā)展的局限，該工藝并未得到應(yīng)用。隨著航空及導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，高速高能成形方法才進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用。與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形具有以下特點(diǎn)：

1)模具簡單：僅需要凹模即可成形?？晒?jié)省模具材料，縮短模具制造周期，降低模具成本。

2)零件精度高：成形時(shí)，零件以很高的速度貼模，在零件與模具之間發(fā)生很大的沖擊力，這不但有利于提高零件的貼模性。而且可以有效地減少零件彈復(fù)現(xiàn)象。

3)表面質(zhì)量好： 毛坯變形是在液體、氣體等傳力介質(zhì)作用下實(shí)現(xiàn)(電磁成形則無需傳力介質(zhì))。因此，毛坯表面不受損傷，而且可提高變形的均勻性。

4)可提高材料的塑性變形能力：與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形可提高材料的塑性變形能力。因此，對于塑性差的難成形材料，高速高能成形是一種較理想的工藝方法。

5)利于采用復(fù)合工藝：用常規(guī)成形方法需多道工序才能成形的零件，采用高速高能成形方法可在一道工序中完成。因此，可以有效地縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

2.2少無切削成形

機(jī)械制造中用精確成形方法制造零件的工藝，也稱少無切屑加工。少無切削加工工藝包括精密鍛造、沖壓、精密鑄造、粉末冶金、工程塑料的壓塑和注塑等。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝最終多應(yīng)用切削加工方法來制造有精確的尺寸和形狀要求的零件，生產(chǎn)過程中坯料質(zhì)量的30％以上變成切屑。這不僅浪費(fèi)大量的材料和能源，而且占用大量的機(jī)床和人力。采用精確成形工藝，工件不需要或只需要少量切削加工即可成為機(jī)械零件，可大大節(jié)約材料、設(shè)備和人力。

鍛壓少無切削的發(fā)展，使鍛壓加工突破了毛坯生產(chǎn)的范疇，能生產(chǎn)某些成品零件。鍛壓少無切削件除具有一般鍛件的特點(diǎn)外，還具有材料消耗低，加工工序簡化，節(jié)約加工工時(shí)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來出現(xiàn)的各種新型、專用的少無切削鍛壓設(shè)備，如多工位冷擠壓機(jī)、嫩鍛機(jī)、精沖壓力機(jī)、特種軋機(jī)、精密鍛軸機(jī)等，都具有生產(chǎn)率高、機(jī)械化自功化程度高等

[2]特點(diǎn)。

與傳統(tǒng)工藝相比，少無切削加工具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，能實(shí)現(xiàn)多種冷、熱工藝綜合交叉、多種材料復(fù)合選用，把材料與工藝有機(jī)地結(jié)合起來，是機(jī)械制造技術(shù)的一項(xiàng)突破。

2.3 超塑性成形

-2-4-1超塑性成形指金屬或合金在特定條件下，即低的變形速(=10～10s)一定的變形溫度

(約為熔點(diǎn)的一半)和均勻的細(xì)晶粒度(平均直徑為0.2～5μm)，其相對伸長率δ超過100％以上的特性。例如鋼可超過500％、純鈦超過300％、鋅鋁合金超過1000％。

超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，也不會斷裂，金屬的變形應(yīng)力可比常態(tài)下降低幾倍至幾十倍。因此，超塑性金屬極易成形，可采用多種工藝方法制出復(fù)雜零件。

目前超塑成形技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是與擴(kuò)散連接技術(shù)組合而成的超塑成形/擴(kuò)散連接組合工藝技術(shù)，利用金屬材料在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)兼具超塑性與擴(kuò)散連接性的特點(diǎn)，一次成形出帶有空間夾層結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)件。按照成形構(gòu)件初始毛坯數(shù)量不同可以分為單層、兩層、三層及四層結(jié)構(gòu)形式。采用超塑成形/擴(kuò)散連接工藝成形的空心夾層結(jié)構(gòu)零件具有成形性好、設(shè)計(jì)

[3]自由度大、成形精度高、沒有回彈、無殘應(yīng)力、剛性大、周期短、減少零件數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 微成形

微成形指以塑性加工的方式生產(chǎn)至少在二維方向上尺寸處于亞毫米量級的零件或結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。

隨著科技的提高，微型機(jī)電系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，而微成形技術(shù)是微型機(jī)電系統(tǒng)的靈魂，世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對微機(jī)械的研究重點(diǎn)都放在了微成形技術(shù)的研發(fā)上。到目前為止，涌現(xiàn)出了多種成熟的微成形技術(shù)，以德國為代表LIGA技術(shù)和以日本為代表的超精密機(jī)械家加工技術(shù)，此外還有高能束加工技術(shù)、微注塑成形技術(shù)、微粉末注射成形技術(shù)及微鑄造技術(shù)等

[4]一些方興未艾的微成形技術(shù)。

微成形技術(shù)主要源于電子工業(yè)的興起，隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和以計(jì)算機(jī)為代表的微電子工藝的發(fā)展，而且還來自技術(shù)的需要，例如醫(yī)療器械、傳感器及電子器械的發(fā)展。

越來越多的電子元件、電器組件及計(jì)算機(jī)配件等相關(guān)零件開始采用這一工藝方法進(jìn)行生產(chǎn)。隨著制造領(lǐng)域中微型化趨勢的不斷發(fā)展，微型零件的需求量越來越大，特別是在微型機(jī)械和微型機(jī)電系統(tǒng)中。

微成形具有極高的生產(chǎn)效率、最小或零材料損失、最終產(chǎn)品優(yōu)秀的力學(xué)性能和緊公差等特點(diǎn)，所以適合于近凈成形或凈成形產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。

2.5 內(nèi)高壓成形

內(nèi)高壓成形是近10 多年來迅速發(fā)展起來的一種成形方法，它是結(jié)構(gòu)輕量化的一種成形方法。是以管材為毛坯在內(nèi)壓和軸向補(bǔ)料聯(lián)合作用下將管材成形為所需形狀的先進(jìn)制造技術(shù)。內(nèi)高壓成形件實(shí)現(xiàn)以空心替代實(shí)心、以變截面取代等截面、以封閉截面取代焊接截面，比沖焊件的質(zhì)量減少 15%~30%，且可大幅提高零件的剛度和疲勞強(qiáng)度。20 世紀(jì) 80 年代初，德國和美國的研究機(jī)構(gòu)系統(tǒng)地開展了內(nèi)高壓成形基礎(chǔ)理論、工藝及應(yīng)用研究，并從 20 世紀(jì)

[5]90 年代中期開始在汽車工業(yè)領(lǐng)域大批量應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比，內(nèi)高壓成形具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)減輕質(zhì)量，節(jié)約材料 對于空心軸類零件可以減輕40%～50%，有些件可達(dá)75%。

(2)減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用 內(nèi)高壓件通常僅需要一套模具，而沖壓件多需要多套模具

(3)可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量 以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174個(gè)減少到20個(gè)，工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。

(4)提高強(qiáng)度與剛度，尤其疲勞強(qiáng)度 仍以散熱器支架為例，垂直方向提高39%，水平方向提高50%。

(5)降低生產(chǎn)成本 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，內(nèi)高壓件比沖壓件平均降低成本15%～20%，模具費(fèi)用降低20%～30%。

2.6 可變輪廓模具成形（柔性加工）

柔性制造技術(shù)也稱柔性集成制造技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的統(tǒng)稱。柔性制造技術(shù)集自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制造加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營管理等過程，在計(jì)算機(jī)及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的有機(jī)系統(tǒng)。

采用柔性制造技術(shù)的企業(yè)，平時(shí)能滿足品種多變而批量很小的生產(chǎn)需求，戰(zhàn)時(shí)能迅速擴(kuò)大生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。柔性制造設(shè)備可在無需大量追加投資的條件下提供連續(xù)采

[6]用新技術(shù)、新工藝的能力，也不需要專門的設(shè)施，就可生產(chǎn)出特殊的軍用產(chǎn)品。

對于小批量多品種板料件成形，例如艦艇側(cè)面的弧形板、航空風(fēng)洞收縮體板、飛機(jī)的蒙皮都是三維曲面，但批量很小甚至是單件生產(chǎn)，由于工件尺寸大，這樣模具成本很高，何況即使模具加工完成，也有一個(gè)需要修模與調(diào)節(jié)的過程，因此用可變輪廓模具成形一直是塑性加工界及模具界的研究方向之一。

2.7 半固態(tài)成形

半固態(tài)成形是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的金屬成形新技術(shù)，指對經(jīng)過特殊處理的固體坯料加熱，或在液態(tài)金屬凝固過程中加以攪拌等處理而得到的具有非枝晶結(jié)構(gòu)的固相、液相組織共存的半固態(tài)坯料進(jìn)行成形加工，得到所需形狀和性能的制品的加工方法。它主要包括半固態(tài)鍛造、半固態(tài)擠壓、半固態(tài)軋制、半固態(tài)壓鑄等工藝類型，在汽車、通訊、航空、航天、國防等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，被稱為21世紀(jì)新興的金屬制造關(guān)鍵技術(shù)之一。

從半固態(tài)自身發(fā)展看，研究不同制漿方法下的形核和長大機(jī)理、制漿過程的精確控制以及發(fā)展適合半固態(tài)成形的新型合金是該技術(shù)的主要發(fā)展方向； 從拓展半固態(tài)研究領(lǐng)域看，在近液相附近實(shí)現(xiàn)成分場和溫度場的精確控制，將推動該項(xiàng)技術(shù)向高合金化金屬的近終成形

[7]以及純金屬的晶粒細(xì)化的研究與應(yīng)用方向發(fā)展。結(jié)束語

隨著現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，塑性成形將逐漸發(fā)展為高性能材料新材料與復(fù)雜結(jié)構(gòu)特殊性的有機(jī)結(jié)合。21世紀(jì)最缺什么？——技術(shù)創(chuàng)新。由于新技術(shù)的應(yīng)用和引導(dǎo),塑性成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用愈來愈大，在一定程度上決定了我國機(jī)械制造業(yè)在21世紀(jì)的市場競爭能力，為此我們要有足夠的認(rèn)識并采取得力的措施。抓住機(jī)遇和挑戰(zhàn)，推進(jìn)新新技術(shù)的發(fā)展。

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[6]曹著明，淺談柔性加工技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)課程的開發(fā)[J]，北京電子科技職業(yè)學(xué)院，2011，（1）

[7]徐駿，半固態(tài)加工技術(shù)的最新進(jìn)展[J]，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（4）

第三篇：金屬塑性成型工藝及模具設(shè)計(jì)畢業(yè)補(bǔ)考要點(diǎn)總結(jié)

1、試討論沖裁間隙的大小與沖裁斷面質(zhì)量間的關(guān)系。

答：沖裁間隙過小：材料在刃口處的裂紋不重合，凹模刃口處的裂紋進(jìn)入凸模下壓應(yīng)力區(qū)停止發(fā)展，而由凸模刃口處裂紋進(jìn)入凹模上壓應(yīng)力區(qū)停止發(fā)展，此時(shí)兩裂紋在最近處發(fā)生第二次拉裂。上裂紋表面壓入凹模時(shí)，受凹模擠壓產(chǎn)生第二光亮帶。在兩光亮帶之間夾有殘留的斷裂帶，部分材料擠出材料表面形成高而薄的毛刺。

間隙過大：材料在刃口處的裂紋也不重合。第二次拉裂產(chǎn)生的斷裂帶斜度增加，因此斷面產(chǎn)生兩個(gè)斜度，此時(shí)毛刺大而厚難于去處降低沖裁件的質(zhì)量。

確定鍛造溫度范圍的原則是什么？

答：確定鍛造溫度范圍的基本原則是：在鍛造溫度范圍內(nèi)，應(yīng)保證金屬具有良好的塑性和較低的變形抗力以利于鍛造變形；能改善金屬內(nèi)部組織性能，獲得優(yōu)質(zhì)鍛件；范圍寬度盡可能大些，以減少加熱火次，提高生產(chǎn)效率。

模鍛件圖：確定模鍛工藝和設(shè)計(jì)鍛模的依據(jù)，指導(dǎo)模鍛工進(jìn)行生產(chǎn)和檢驗(yàn)人員驗(yàn)收的主要技術(shù)文件。分為冷鍛件圖，用于鍛件檢驗(yàn)，熱鍛件圖，用于模鍛設(shè)計(jì)和加工。冷鍛件圖是編制鍛造工藝規(guī)程、驗(yàn)收鍛件、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)夾具及機(jī)械加工卡具的依據(jù)。熱鍛件圖是在冷鍛件圖的基礎(chǔ)上加上熱脹量而設(shè)計(jì)的，它是設(shè)計(jì)、制造鍛造模具及切邊模的依據(jù).終鍛型腔設(shè)計(jì)內(nèi)容為如何繪制鍛件圖和確定飛邊槽尺寸。

冷熱鍛件圖區(qū)別：熱鍛件圖尺寸比冷鍛件圖相應(yīng)尺寸增加一個(gè)收縮率。飛邊槽作用：容納多余金屬。增加金屬流入型腔的阻力。緩沖，減輕上下模大幾，防止模鍛早期破裂和壓塌。容易切邊。

從模腔中擠出，從而獲得所需形狀，尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。分類：

正擠壓：金屬被擠壓出方向和加壓方向相同

反擠壓：金屬被擠出方向和加壓方向相反。凸模向下，受力大于凹模。復(fù)合擠壓：一部分金屬被擠出方向和加壓方向相同，一部分相反 徑向擠壓：擠壓時(shí)金屬的流動方向和凸模軸線方向相垂直。

冷鍛件用材料：線材，棒材，板材。下料方法：切削，剪切，沖裁，拉深反擠壓

在回復(fù)溫度以下進(jìn)行的鍛造。包括鐓鍛，模鍛，擠壓，壓印。

1.沖壓:在室溫下，利用沖模在壓床上對金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而得到一定形狀，滿足一定使用要求零件的一加工方法.沖壓加工的三要素

1、合理的沖壓成形工藝

2、先進(jìn)的模具

3、高效的沖壓設(shè)備

沖壓加工優(yōu)點(diǎn)：屬少、無屑加工，能加工形狀復(fù)雜的零件，零件精度較高，零件強(qiáng)度、剛性高而重量輕、外表光滑美觀，材料利用率高，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，操作方便，要求的工人技術(shù)等級不高，產(chǎn)品的成本低。缺點(diǎn)：模具要求高、制造復(fù)雜、周期長、制造費(fèi)昂貴，因而在小批量生產(chǎn)中受到限制。生產(chǎn)中有噪音。

2.變形性質(zhì)分類：分離工序，成型工序

壓力機(jī)型號：JB23-63 J機(jī)械壓力機(jī)第二種變形23開式可傾壓力機(jī)63公稱壓力630KN,63tf 力學(xué)性能和沖壓成型關(guān)系：板料的強(qiáng)度指標(biāo)越高，產(chǎn)生相同變形量所需要的力越大。塑性指標(biāo)越高，成型時(shí)承受的極限變形量越大。剛性指標(biāo)越高，成型時(shí)抗失穩(wěn)起皺能力越大。伸長率大，屈強(qiáng)比小。彈性模量大，硬化指數(shù)高，厚向異性系數(shù)大，有利于沖壓成型。

3.板料對沖壓成型工藝的適應(yīng)能力，稱為板料的沖壓成形性能。板料在成形過程出現(xiàn)兩種失穩(wěn)顯現(xiàn)：拉伸失穩(wěn)，板料在拉應(yīng)力作用下局部出現(xiàn)縮頸或斷裂。壓縮詩文，板料在壓應(yīng)力作用下起皺。板料在失穩(wěn)前可以達(dá)到的最大變形程度叫做成形極限。

4.沖裁：利用沖模使板料一部分沿一定輪廓形狀和另一部分相互分離的沖壓工序。包括落料沖孔切口切邊剖邊整修精密沖裁等。

沖裁變形機(jī)理不同，分為普通沖裁:凸凹模刃口間產(chǎn)生剪裂紋的形式實(shí)現(xiàn)材料分離。精密沖裁：以塑性變形的形式實(shí)現(xiàn)材料分離

5.沖裁變形過程：彈性變形階段（變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力小于屈服應(yīng)力）塑性變形階段（變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于屈服應(yīng)力。凸、凹模間隙存在，變形復(fù)雜，并非純塑性剪切變形）斷裂分離階段（變形區(qū)內(nèi)部材料應(yīng)力大于強(qiáng)度極限）

6.沖裁件斷面：圓角帶（光滑圓弧帶，刃口剛壓入材料，刃口附近材料牽連產(chǎn)生彎曲伸長變形。彈性變形階段產(chǎn)生，大小與材料塑性和模具間隙有關(guān)）光亮帶（塑性剪切變形時(shí)產(chǎn)生，材料在模具側(cè)面接觸中擠光形成的光亮垂直斷面，質(zhì)量最好的區(qū)域）斷裂帶（刃口處微裂紋在拉應(yīng)力下不斷擴(kuò)展斷裂形成撕裂造成）毛刺（模具拉擠結(jié)果，毛刺不可避免。裂紋產(chǎn)生點(diǎn)和刃尖距離為毛刺高度）

沖裁件質(zhì)量影響因素：質(zhì)量指標(biāo):：斷面質(zhì)量，尺寸精度，形狀誤差

7.影響斷面質(zhì)量因素：斷面光亮帶越寬，斷裂帶越窄，毛刺和圓角越小，沖裁件斷面質(zhì)量越好?？梢酝ㄟ^增加光亮帶的高度（延長塑性變形，推遲裂紋產(chǎn)生，增大光亮帶），休整工序?qū)崿F(xiàn)。1材料性能：塑性好，裂紋出現(xiàn)遲，板料剪切深度大，光亮帶比例大，毛刺大，斷裂帶窄。2模具間隙：沖裁間隙過?。翰牧显谌锌谔幍牧鸭y不重合，凹模刃口處的裂紋進(jìn)入凸模下壓應(yīng)力區(qū)停止發(fā)展，而由凸模刃口處裂紋進(jìn)入凹模上壓應(yīng)力區(qū)停止發(fā)展，此時(shí)兩裂紋在最近處發(fā)生第二次拉裂。上裂紋表面壓入凹模時(shí)，受凹模擠壓產(chǎn)生第二光亮帶。在兩光亮帶之間夾有殘留的斷裂帶，部分材料擠出材料表面形成高而薄的毛刺。間隙過大：材料在刃口處的裂紋也不重合。第二次拉裂產(chǎn)生的斷裂帶斜度增加，因此斷面產(chǎn)生兩個(gè)斜度，此時(shí)毛刺大而厚難于去處降低沖裁件的質(zhì)量。

8.模具刃口鋒利情況：模具刃口磨損成圓角變鈍，刃口和材料接觸面積增加，應(yīng)力集中效應(yīng)減輕，擠壓作用大，延緩裂紋的產(chǎn)生，制件圓角大，光亮帶寬，裂紋發(fā)生點(diǎn)由刃口側(cè)邊向上移動，毛刺高度增大，即使間隙合理也產(chǎn)生較大毛刺。凸模鈍落料件產(chǎn)生毛刺，凹模鈍沖空間毛刺

9.模具和設(shè)備的導(dǎo)向情況：精度高，沖裁間隙合理，斷面質(zhì)量好

10.影響沖件尺寸精度的因素：1沖模本身的制造精度2模具間隙3材料性質(zhì)4工件形狀與尺寸等。其中間隙起主導(dǎo)作用。

11.間隙：沖裁模凸模工作部分和凹模工作部分之差。

間隙對模具壽命影響：沖裁過程中模具的失效形式一般有：磨損、崩刃和凹模洞口脹裂三種。間隙對磨損，脹裂影響。間隙過小，沖裁力側(cè)壓力摩擦力卸料力推件力增大，材料粘連刃口加劇磨損，二次剪切，磨屑使磨損增大。間隙小，落料件或廢料梗塞在凹模洞口，使凹模脹裂。間隙增大，沖裁卸料力減小，刃口磨損減小。間隙過大，零件毛刺，卸料力增大，刃口磨損大。

第四篇：快速成型技術(shù)及應(yīng)用學(xué)習(xí)心得

《快速成型技術(shù)及應(yīng)用》學(xué)習(xí)心得

對于本學(xué)期黃老師的《快速成型技術(shù)及應(yīng)用》學(xué)習(xí)心得，主要從RP技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、主要的RP成型工藝分析和RP技術(shù)在當(dāng)代模具制造行業(yè)的應(yīng)用三個(gè)方面進(jìn)行說明：

一、RP技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

快速成型（Rapid Prototyping）技術(shù)是由三維CAD模型直接驅(qū)動的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱。它集成了CAD 技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。

目前，快速成型技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

RP技術(shù)雖然有其巨大的優(yōu)越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能較差，成型機(jī)的價(jià)格較高，運(yùn)行制作的成本高等，所以在一定程度上成為該技術(shù)的推廣普及的瓶頸。從目前國內(nèi)外RP 技術(shù)的研究和應(yīng)用狀況來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)的方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）大力改善現(xiàn)行快速成型制作機(jī)的制作精度、可靠性和制作能力，提高生產(chǎn)效率，縮短制作周期。尤其是提高成型件的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能試驗(yàn)提供平臺。

（2）開發(fā)性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有較好的后續(xù)加工性能，還要滿足對強(qiáng)度和剛度等不同的要求。

（3）提高RP 系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。目前即使是最快的快速成型機(jī)也難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產(chǎn)。

（4）RPM 與CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自動測量、逆向工程的集成一體化。該項(xiàng)技術(shù)可以大大提高新產(chǎn)品的第一次投入市場就十分成功的可能性，也可以快速實(shí)現(xiàn)反求工程。

（5）研制新的快速成型方法和工藝。除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金屬成型工藝將是以后的發(fā)展焦點(diǎn)。

二、幾種常見RP工藝

1、FDM，絲狀材料選擇性熔覆（Fused Deposition Modeling）快速原型工藝是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法，簡稱FDM。

2、SLA，光敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻（Stereolithography）原理的一種工藝，簡稱SLA，是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)。

3、SLS，粉末材料選擇性燒結(jié)（Selected Laser Sintering）是一種快速原型工藝，簡稱SLS。粉末材料選擇性燒結(jié)采用二氧化碳激光器對粉末材料（塑料粉等與粘結(jié)劑的混合粉）進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層堆集成三維實(shí)體的快速成型方法。

4、LOM，箔材疊層實(shí)體制作（Laminated Object Manufacturing）快速原型技術(shù)是薄片材料疊加工藝，簡稱LOM。箔材疊層實(shí)體制作是根據(jù)三維CAD模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭作X和Y方向的移動，最后疊加成型。

三、RP技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的模具制造方法可分為兩種,一種是借助母模翻制模具,另一種就是用數(shù)控機(jī)床直接制造模具。在新產(chǎn)品開發(fā)過程中,減少模具制造所需成本和時(shí)間對縮短整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間及降低成本是最有效的步驟,快速成型技術(shù)的一個(gè)飛躍就是進(jìn)入模具制造領(lǐng)域,其潛力所在正是能降低模具制造成本并減少模具開發(fā)時(shí)間。將快速成型技術(shù)引入模具制造過程后的模具開發(fā)制造就是快速模具制造。

快速成型技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要是用來制作模具設(shè)計(jì)制造過程中所用的母模,有時(shí)也用快速成型技術(shù)直接制造模具。因此可以將基于RP的快速模具制造分為兩類，即：直接制模法和間接制模法。（這里就不一一闡述了）

利用RP 技術(shù)發(fā)展快速模具制造技術(shù)還存在以下主要問題需要解決或者說需要進(jìn)一步提高。

(1)表面質(zhì)量如何滿足模具的要求,否則無法承受如注射成型這樣的高壓。分層制造法不可避免會產(chǎn)生臺階,斜面時(shí)更嚴(yán)重,后處理是目前通用的作法。

(2)尺寸精度如何滿足模具制造的要求,尤其是制造較大模具時(shí),尺寸更不穩(wěn)定。

(3)用作母模時(shí)的強(qiáng)度,耐熱和耐腐蝕性,形狀和尺寸的時(shí)效問題。

(4)塑料或樹脂類模具的導(dǎo)熱性很差，導(dǎo)熱差雖然帶來了可用較低注射壓力的好處,但生產(chǎn)周期太長也必須考慮。

(5)多數(shù)所謂金屬模具都需要最后滲銅,這就造成這種金屬模具的使用溫度不可太高,可能超過500 ℃就不行了。

(6)使用壽命的進(jìn)一步延長和使用成本的進(jìn)一步降低。

(7)目前所能制造的模具的體積都很小,怎樣制造大型模具?

(8)受不可缺少的后處理工序的限制,目前還不能制造具有很小細(xì)節(jié)特征的模具,尤其是具有內(nèi)凹形狀的模具。

(9)目前快速成型方法所能成型的材料種類及其有限,需要開發(fā)新型材料。

第五篇：超塑性鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院 機(jī)械工程材料?新型材料課題論文

課題論文題目： 超塑性合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

姓 名： 劉萍

學(xué) 號： 2011509291 院系專業(yè)班級： 機(jī)械電氣工程學(xué)院11機(jī)制

（二）班 聯(lián) 系 電 話： *** 指 導(dǎo) 教 師： 魏敏 填 表 日 期： 2012年12月8號

《機(jī)械工程材料》課程組 2012年11月26日

超塑性鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要：鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，在航空航天、艦艇、化工等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。闡述了航空航天用鈦合金盤件的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了高性能鈦合金盤件的制備工藝，包括粉末冶金熱等靜壓成形和超塑性等溫鍛造成形。分析了鈦合金盤件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并探討了航天航空用鈦合金盤件的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：鈦合金；超塑性；超塑性成形；擴(kuò)散連接

1，超塑性合金的定義：

超塑性合金是指那些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現(xiàn)象。具有超塑性的合金能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不會斷裂。金屬的超塑性現(xiàn)象，是英國物理學(xué)家森金斯在1982年發(fā)現(xiàn)的，他給這種現(xiàn)象做如下定義：凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ù蠹s相當(dāng)于金屬熔點(diǎn)溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應(yīng)變速度10毫米秒時(shí)產(chǎn)生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性。根據(jù)金屬材料的結(jié)構(gòu)和變形條件(溫度、應(yīng)力)，可超塑性合金大致劃分為微晶超塑性合金，相變超塑性合金2大類。由于鈦合金在超塑狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動應(yīng)力，極大的活性及擴(kuò)散能力，可以在很多領(lǐng)域中應(yīng)用。

2，鈦合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

鈦合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它們不僅有良好的高溫強(qiáng)度，較好的抗氧化性和抗腐蝕性，而且密度較小，因此是理想的航天和航空材料。當(dāng)前世界上研究較多的鈦合金有TiAl、Ti3Al等。然而，這些材料的室溫塑性和韌性一般較差；加工性能較差。在其主要優(yōu)點(diǎn)不受很大損失的前提下，改善其塑性、韌性及加工性。而實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的主要措施是添加合金元素以形成塑性較好的第二相，超塑性鈦合金的實(shí)現(xiàn)一般還需要通過一定的形變熱處理以得到等軸細(xì)晶顯微組織。近年來的研究結(jié)果已經(jīng)表明，鈦合金可以獲得很高的超塑性水平——Ti3Al合金的伸長率超過1000%；TiAl合金的伸長率達(dá)470%。發(fā)展起來的超塑成形技術(shù)，改善了鈦合金難以成形的狀況，因而充分發(fā)揮了鈦合金的優(yōu)勢。超塑性鈦合金正以它們優(yōu)異的變形性能和材質(zhì)均勻等特點(diǎn)，在航空航天以及汽車的零部件生產(chǎn)、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復(fù)雜形狀構(gòu)件的生產(chǎn)中起到了不可替代的作用。

3，超塑性成形工藝：

超塑性成形工藝主要包括了氣脹成形和體積成形兩類。超塑性氣脹成形是用氣體的壓力使板坯料（也有管坯料或其他形狀坯料）成形為殼型件，如儀差殼、拋物面天線、球型容器、美術(shù)浮雕等。氣脹成形又包括了Female和Male兩種方式，分別由圖1和圖2表示。Female成形法的特點(diǎn)是簡單易行，但是其零件的先帖模和最后貼模部分具有較大的壁厚差。Male成形方式可以得到均勻壁厚的殼型件，尤其對于形狀復(fù)雜的零件更具有優(yōu)越性。

超塑性氣脹成形與擴(kuò)散連接的復(fù)合工藝（SPF／DB）在航空工業(yè)上的應(yīng)用取得重要進(jìn)展，特別是鈦合金飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的SPF／DB成形提高了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少了飛機(jī)重量，對航空工業(yè)的發(fā)展起到重要作用。

超塑性體積成形包括不同的方式（例如模鍛、擠壓等），主要是利用了材料在超塑性條件下流變抗力低，流動性好等特點(diǎn)。一般情況下，超塑性體積成形中模具與成形件處于相同的溫度，因此它也屬于等溫成形的范疇，只是超塑性成形中對于材料，對于應(yīng)變速率及溫度有更嚴(yán)格的要求。這種方法利用自由運(yùn)動的輥壓輪對坯料施加載荷使其變形，使整體變形變?yōu)榫植孔冃?，降低了載荷，擴(kuò)大了超塑性工藝的應(yīng)用范圍。他們采用這樣的方法成形出了鈦合金、鎳基高溫合金的大型盤件以及汽車輪轂等用其他工藝難于成形的零件。

4，超塑性成形及擴(kuò)散聯(lián)接（SPF/DB）：

超塑性成形及擴(kuò)散聯(lián)接（SPF/DB）是航空領(lǐng)域多年來重點(diǎn)發(fā)展和應(yīng)用的一種近無余量先進(jìn)成形技術(shù)。通過在一次加熱、加壓過程中成型整體構(gòu)件，不需要中間處理，能有效減輕結(jié)構(gòu)重量和提高材料利用率，可為設(shè)計(jì)提供更大的自由度，具有廣闊的應(yīng)用前景。

基本原理是：利用金屬及合金的超塑性和擴(kuò)散焊無界面的一體化特點(diǎn)，在材料超塑溫度和擴(kuò)散焊溫度相近時(shí)，采用吹脹或模鍛法在一次加熱、加壓過程中完成超塑成形和擴(kuò)散連接兩道工序，從而制造高精度復(fù)雜的大型整體構(gòu)件。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）成形壓力低/變形大而不破壞（2）外形尺寸精確，無殘余應(yīng)力和回彈效應(yīng)（3）節(jié)省裝備，縮短制造周期

（4）改善結(jié)構(gòu)性能，提高結(jié)構(gòu)完整性，延長機(jī)體壽命（5）降低制造成本，減輕結(jié)構(gòu)重量

從以上特點(diǎn)分析，SPF/DB簡化了零件制造過程和裝配過程，減少了零件（標(biāo)準(zhǔn)件）和工裝數(shù)量，消除大量連接孔，避免了連接裂紋及疲勞問題，有利于提高結(jié)構(gòu)耐久性和可靠性，尤其適合于加工復(fù)雜形狀的零件，如飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身框架、發(fā)動機(jī)葉片等。對于鈦合金，SPF/DB解決了鈦合金冷成形和機(jī)加工難的缺點(diǎn)，促進(jìn)了鈦合金整體構(gòu)件的使用（如圖3），相對常規(guī)金屬結(jié)構(gòu)，夾層結(jié)構(gòu)具用足夠的疲勞強(qiáng)度、良好的塑性和斷裂韌性。英國、美國是世界上開展SPF/ DB 技術(shù)研究及應(yīng)用較早的國家，目前已建立了專業(yè)化生產(chǎn)廠，如英國TKR 公司、羅羅公司、Superform 公司和美國RTI公司等都具有很強(qiáng)的鈦合金SPF/ DB 結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)能力。另外，法國、德國、俄羅斯以及日本對鈦合金SPF/ DB 技術(shù)也進(jìn)行了大量研究和應(yīng)用，具備了較強(qiáng)的鈦合金SPF/ DB 結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)能力。國外SPF/ DB 鈦合金結(jié)構(gòu)件在飛機(jī)上的應(yīng)用廣泛（見圖4），如民機(jī)A300、A310/ 320的前緣縫翼收放機(jī)構(gòu)外罩，減重10%，A330、A340機(jī)翼檢修口蓋、駕駛艙頂蓋、縫緣傳動機(jī)構(gòu)等采用SPF/DB結(jié)構(gòu)，減重46 %，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，A380飛機(jī)吊艙艙門結(jié)構(gòu)采用了SPF/DB工藝。國內(nèi)開展鈦合金SPF/DB研究已多年，已逐漸用于主承力結(jié)構(gòu)，取得了一定的減重效果和經(jīng)濟(jì)效益，圖5為某飛機(jī)TC4鈦合金SPF/DB腹鰭結(jié)構(gòu)，已通過了全尺寸靜力試驗(yàn)考核，結(jié)果證明滿足設(shè)計(jì)要求，成本降低16％，減重11％，但國內(nèi)還未開展該技術(shù)在民機(jī)上的應(yīng)用。

SPF/DB在國外已比較廣泛的應(yīng)用于軍民用飛機(jī)，顯示出巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但在國內(nèi)還處于應(yīng)用初期，沒有充分發(fā)揮這一技術(shù)的優(yōu)勢。針對民用飛機(jī)使用要求、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的工程化成熟應(yīng)用，需要盡快開展以下研究工作：

（1）SPF／DB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，目前，SPF/ DB 技術(shù)多用于層板結(jié)構(gòu)，這種板結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度方面存在不足。因此，應(yīng)大力發(fā)展體積成形與擴(kuò)散連接結(jié)合的新型SPF/ DB 構(gòu)件。

（2）SPF/ DB制造控制技術(shù)，包括成形過程組織演變和變形機(jī)制，工藝過程控制與加工過程自動化，結(jié)構(gòu)完整性及應(yīng)力與變形控制，實(shí)現(xiàn)組織與性能匹配。（3）SPF/ DB質(zhì)量評估與檢測技術(shù)，建立設(shè)計(jì)用性能數(shù)據(jù)庫，研制低成本檢測技術(shù)，提高檢測精度，制定質(zhì)量控制程序和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）SPF/ DB結(jié)構(gòu)靜力與疲勞考核驗(yàn)證，以適航標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行符合性驗(yàn)證，確保民用飛機(jī)安全可靠使用。

5，高性能鈦合金盤件的研究現(xiàn)狀：

對于航空航天用發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤、渦輪盤等轉(zhuǎn)動部件，不僅要求具有良好的高溫?zé)釓?qiáng)性，還要求在高溫條件下有優(yōu)良的抗疲勞性能和長期使用的可靠性。因此，制備高性能鈦合金，要綜合考慮合金成分、熱加工工藝、組織與性能及可加工性等因素。只有制備潔凈度高、成分和組織均勻的鑄錠，并在先進(jìn)渦輪盤鍛壓技術(shù)和熱處理工藝的配合下，才能保證鈦合金盤件流線形態(tài)的完整性、盤件組織的均勻性和性能的高可靠性。目前制備高性能盤件的主要方法有超塑性等溫鍛造成形工藝和粉末冶金熱等靜壓成形兩種，這兩種方法各有特點(diǎn)。

粉末冶金鈦合金盤件在熱處理時(shí)，盤件內(nèi)部存在溫度梯度，會產(chǎn)生較大的殘余熱應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力對盤件保持完整性和機(jī)加工性能的影響很大，當(dāng)局部殘余應(yīng)力足夠大時(shí)，盤件就可能開裂。而小的殘余應(yīng)力，也會影響盤件的加工性能，如加工變形等。因此，粉末冶金鈦合金盤件的熱處理工藝極為關(guān)鍵。對于大規(guī)格高性能鈦合金盤件，由于鈦合金導(dǎo)熱率低，盤件規(guī)格較大，不同部位存在較大的溫度梯度，容易造成組織和性能的不均勻性，則主要采用等溫超塑成形的方法。

超塑性等溫鍛造是利用鈦合金在高溫及低應(yīng)變速率下材料具有異常好的塑性及變形抗力低的特點(diǎn)發(fā)展起來的一種鍛造方式。通常采用近盧或準(zhǔn)盧熱模鍛造兩種鍛造方式。這種新工藝能獲得尺寸精確度高、組織均勻、性能穩(wěn)定、形狀復(fù)雜的高精度鍛件，而且可用小噸位的液壓機(jī)鍛造大型鍛件，來提高材料的利用率和減少切削加工量。等溫鍛造有以下特征：①在整個(gè)鍛造過程中，鍛模與鍛件始終保持在同一加工溫度；②鍛造速度很慢，應(yīng)變速率很小；③為防止氧化，鍛模與鍛件有時(shí)需置于真空或惰性氣體環(huán)境中。等溫鍛造可通過控制加工溫度、應(yīng)變率、變形程度等來控制微觀組織，以實(shí)現(xiàn)組織優(yōu)化的目標(biāo)。結(jié)合優(yōu)化的調(diào)質(zhì)熱處理制度，使鈦合金的組織和性能滿足不同零部件的應(yīng)用需求“。等溫鍛造的薄壁鈦鍛件具有良好的拉伸強(qiáng)度和綜合性能，是用于宇航加工中最經(jīng)濟(jì)且簡易的成形方法。

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